(57)【要約】【課題】  従来と比較して研磨量の面内均一性が向上した半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  研磨パッド２０に研磨スラリーを供給し、かつ被研磨層を有する半導体基板１と研磨パッド２０とを第１の押付圧で接触させることにより、被研磨層を化学的機械研磨する第１の研磨工程と、研磨パッド２０と半導体基板とを、第１の押付圧より低い第２の押付圧で接触させつつ、研磨パッド２０に冷却液を供給することにより、半導体基板１を冷却する待機工程と、研磨パッド２０に研磨スラリーを供給し、かつ半導体基板１と研磨パッド２０とを第１の押付圧で接触させることにより、被研磨層を再び化学的機械研磨する第２の研磨工程とを具備する。【選択図】      図３
2006237445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨パッドに研磨スラリーを供給し、かつ被研磨層を有する半導体基板と前記研磨パッドとを第１の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を化学的機械研磨する第１の研磨工程と、
前記研磨パッドと前記半導体基板とを、前記第１の押付圧より低い第２の押付圧で接触させつつ、前記研磨パッドに冷却液を供給することにより、前記半導体基板を冷却する待機工程と、
前記研磨パッドに研磨スラリーを供給し、かつ前記半導体基板と前記研磨パッドとを前記第１の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を再び化学的機械研磨する第２の研磨工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
研磨パッドに研磨スラリーを供給し、かつ被研磨層を有する半導体基板と前記研磨パッドとを第１の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を化学的機械研磨する第１の研磨工程と、
前記研磨パッドと前記半導体基板とを、前記第１の押付圧より低い第２の押付圧で接触させつつ、前記研磨パッドに洗浄液を供給することにより、前記研磨パッド及び前記半導体基板を洗浄する待機工程と、
前記研磨パッドに研磨スラリーを供給し、かつ前記半導体基板と前記研磨パッドとを前記第１の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を再び化学的機械研磨する第２の研磨工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記待機工程と前記第２の研磨工程との間に、
前記研磨パッドと前記半導体基板とを、前記第１の押付圧より低く、かつ前記第２の押付圧より高い第３の押付圧で接触させつつ、前記半導体基板に洗浄液を供給することにより、前記半導体基板を仕上げ洗浄する仕上げ洗浄工程を具備する請求項２に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項４】
前記被研磨層はタングステン膜である請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記被研磨層は層間絶縁膜である請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記層間絶縁膜を化学的機械研磨により荒研磨する工程と、前記層間絶縁膜を化学的機械研磨により仕上げ研磨する工程と、を具備し、
前記仕上げ研磨する工程において、前記第１の研磨工程、前記待機工程、及び前記第２の研磨工程を具備する請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記被研磨層は、窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜をこの順に積層した積層膜である請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第１の研磨工程は、前記酸化シリコン膜を除去する工程であり、前記第２の研磨工程は、前記窒化シリコン膜を所定の厚さまで研磨する工程である請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記待機工程において、前記研磨パッドの表面を清掃するコンディショナーを前記研磨パッドに接触させる請求項５〜８のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
半導体基板の被研磨層を化学的機械研磨する研磨装置であって、
研磨パッドと、
前記研磨パッドと前記半導体基板を互いに押し付ける押付機構と、
前記研磨パッドに研磨スラリーを供給するスラリー供給部と、
前記研磨パッドに冷却液を供給する冷却液供給部と、
前記押付機構、前記スラリー供給部、及び前記冷却液供給部を制御する制御部と、
を具備し、
前記制御部は、
前記スラリー供給部に研磨スラリーを供給させ、かつ前記押付機構を制御して前記研磨パッドと前記半導体基板とを第１の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を化学的機械研磨し、
その後、前記押付機構を制御して、前記研磨パッドと前記半導体基板とを、前記第１の押付圧より低い第２の押付圧で接触させつつ、前記冷却液供給部に前記冷却液を供給させることにより、前記半導体基板を冷却し、
その後、前記スラリー供給部に研磨スラリーを供給させ、かつ前記押付機構を制御して前記研磨パッドと前記半導体基板とを前記第１の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を再び化学的機械研磨する、研磨装置。
【請求項１１】
被研磨層を有する半導体基板を化学的機械研磨する研磨装置であって、
研磨パッドと、
前記研磨パッドと前記半導体基板を互いに押し付ける押付機構と、
前記研磨パッドに研磨スラリーを供給するスラリー供給部と、
前記研磨パッドに洗浄液を供給する洗浄液供給部と、
前記押付機構、前記スラリー供給部、及び前記洗浄液供給部を制御する制御部と、
を具備し、
前記制御部は、
前記スラリー供給部に研磨スラリーを供給させ、かつ前記押付機構を制御して前記研磨パッドと前記半導体基板とを第１の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を化学的機械研磨し、
その後、前記押付機構を制御して、前記研磨パッドと前記半導体基板とを、前記第１の押付圧より低い第２の押付圧で接触させつつ、前記洗浄液供給部に前記洗浄液を供給させることにより、前記研磨パッド及び前記半導体基板を洗浄し、
その後、前記スラリー供給部に研磨スラリーを供給させ、かつ前記押付機構を制御して前記研磨パッドと前記半導体基板とを前記第１の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を再び化学的機械研磨する、研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法及び研磨装置に関する。特に本発明は、従来と比べて研磨量の面内均一性が向上した半導体装置の製造方法及び研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造方法において、シリコンウェハ上に形成された被研磨層（例えばタングステンプラグとなるタングステン層、又は層間絶縁膜）を化学的機械研磨（ＣＭＰ）により研磨する場合がある。
図５は、被研磨層を化学的機械研磨する従来の工程を説明する図である。まず、キャリア１３０を用いてシリコンウェハ１００を、プラテン１１０上に固定された研磨パッド１２０の表面に押し当てる。また、回転軸１１２を中心としてプラテン１１０及び研磨パッド１２０を回転させ、かつ回転軸１３８を中心としてキャリア１３０を回転させる。そして、スラリー供給ノズル１２２から研磨パッド１２０表面に、研磨スラリーを供給する。これにより、シリコンウェハ１００上に形成された被研磨層は、化学的機械研磨される（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３２０６６５４公報（第３段落）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
１枚の半導体基板には複数の半導体素子が形成される。これら半導体素子の特性のばらつきを抑制するためには、研磨量の面内均一性を高くする必要がある。従来は、研磨時間が長くなるにつれて、半導体基板の周辺部の研磨量が、中心部の研磨量より多くなっていた。このような傾向は、研磨時間が長くなるにつれて顕著になっていた。原因としては、半導体基板の温度の面内均一性が低下すること、及び研磨スラリーの量の面内均一性が低下することが考えられる。
【０００４】
従来は、半導体基板の回転数、研磨パッドの回転数、半導体基板と研磨パッドの押付力、研磨スラリー及び研磨スラリーへの添加剤、添加剤の滴下量及び速度等を調整することにより、研磨量の面内均一性を向上させてきたが、今後は、更に面内均一性を向上させることが望まれている。
【０００５】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、従来と比較して研磨量の面内均一性が向上した半導体装置の製造方法及び研磨装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る半導体装置の製造方法は、研磨パッドに研磨スラリーを供給し、かつ被研磨層を有する半導体基板と前記研磨パッドとを第１の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を化学的機械研磨する第１の研磨工程と、
前記研磨パッドと前記半導体基板とを、前記第１の押付圧より低い第２の押付圧で接触させつつ、前記研磨パッドに冷却液を供給することにより、前記半導体基板を冷却する待機工程と、
前記研磨パッドに研磨スラリーを供給し、かつ前記半導体基板と前記研磨パッドとを前記第１の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を再び化学的機械研磨する第２の研磨工程とを具備する。
【０００７】
この半導体装置の製造方法によれば、研磨工程が、２つの工程に分割されている。そして、これらの研磨工程の間に、半導体基板を冷却する工程が設けられている。このため、半導体基板の温度の面内均一性が向上し、その結果、被研磨層の研磨量の面内均一性が向上する。
【０００８】
本発明に係る他の半導体装置の製造方法は、研磨パッドに研磨スラリーを供給し、かつ被研磨層を有する半導体基板と前記研磨パッドとを第１の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を化学的機械研磨する第１の研磨工程と、
前記研磨パッドと前記半導体基板とを、前記第１の押付圧より低い第２の押付圧で接触させつつ、前記研磨パッドに洗浄液を供給することにより、前記半導体基板を洗浄する待機工程と、
前記研磨パッドに研磨スラリーを供給し、かつ前記半導体基板と前記研磨パッドとを前記第１の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を再び化学的機械研磨する第２の研磨工程とを具備する。
【０００９】
この半導体装置の製造方法によれば、研磨工程が、２つの工程に分割されている。第１の研磨工程が終了する時点では、研磨スラリーの量の面内均一性は低いが、第２の研磨工程を開始する前に、研磨スラリーが研磨パッド及び半導体基板から除去される。従って、第２の研磨工程において、研磨スラリーの量の面内均一性が向上し、被研磨層の研磨量の面内均一性が向上する。
【００１０】
前記待機工程と前記第２の研磨工程との間に、前記研磨パッドと前記半導体基板とを、前記第１の押付圧より低く、かつ前記第２の押付圧より高い第３の押付圧で接触させつつ、前記半導体基板に洗浄液を供給することにより、前記半導体基板を仕上げ洗浄する仕上げ洗浄工程を具備してもよい。
【００１１】
前記被研磨層は、例えばタングステン膜、層間絶縁膜、若しくは窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜をこの順に積層した積層膜である。
【００１２】
前記被研磨層が層間絶縁膜である場合、前記層間絶縁膜を化学的機械研磨により荒研磨する工程と、前記層間絶縁膜を化学的機械研磨により仕上げ研磨する工程と、を具備し、前記仕上げ研磨する工程において、前記第１の研磨工程、前記待機工程、及び前記第２の研磨工程を具備してもよい。
【００１３】
前記被研磨層が窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜をこの順に積層した積層膜である場合、前記第１の研磨工程は、前記酸化シリコン膜を除去する工程であり、前記第２の研磨工程は、前記窒化シリコン膜を所定の厚さまで研磨する工程であるのが好ましい。
【００１４】
前記被研磨層が層間絶縁膜、若しくは窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜をこの順に積層した積層膜である場合、前記待機工程において、前記研磨パッドの表面を清掃するコンディショナーを前記研磨パッドに接触させてもよい。
【００１５】
本発明に係る研磨装置は、半導体基板の被研磨層を化学的機械研磨する研磨装置であって、
研磨パッドと、
前記研磨パッドと前記半導体基板を互いに押し付ける押付機構と、
前記研磨パッドに研磨スラリーを供給するスラリー供給部と、
前記研磨パッドに冷却液を供給する冷却液供給部と、
前記押付機構、前記スラリー供給部、及び前記冷却液供給部を制御する制御部と、
を具備し、
前記制御部は、
前記スラリー供給部に研磨スラリーを供給させ、かつ前記押付機構を制御して前記研磨パッドと前記半導体基板とを第１の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を化学的機械研磨し、
その後、前記押付機構を制御して、前記研磨パッドと前記半導体基板とを、前記第１の押付圧より低い第２の押付圧で接触させつつ、前記冷却液供給部に前記冷却液を供給させることにより、前記半導体基板を冷却し、
その後、前記スラリー供給部に研磨スラリーを供給させ、かつ前記押付機構を制御して前記研磨パッドと前記半導体基板とを前記第１の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を再び化学的機械研磨する。
【００１６】
本発明に係る他の研磨装置は、被研磨層を有する半導体基板を化学的機械研磨する研磨装置であって、
研磨パッドと、
前記研磨パッドと前記半導体基板を互いに押し付ける押付機構と、
前記研磨パッドに研磨スラリーを供給するスラリー供給部と、
前記研磨パッドに洗浄液を供給する洗浄液供給部と、
前記押付機構、前記スラリー供給部、及び前記洗浄液供給部を制御する制御部と、
を具備し、
前記制御部は、
前記スラリー供給部に研磨スラリーを供給させ、かつ前記押付機構を制御して前記研磨パッドと前記半導体基板とを第１の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を化学的機械研磨し、
その後、前記押付機構を制御して、前記研磨パッドと前記半導体基板とを、前記第１の押付圧より低い第２の押付圧で接触させつつ、前記洗浄液供給部に前記洗浄液を供給させることにより、前記半導体基板を洗浄し、
その後、前記スラリー供給部に研磨スラリーを供給させ、かつ前記押付機構を制御して前記研磨パッドと前記半導体基板とを前記第１の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を再び化学的機械研磨する。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態に係る研磨装置の構成を説明するための概略図である。本図に示す研磨装置において、シリコンウェハ１はキャリア３０によって保持されており、キャリア３０と共に、モーター（図示せず）を動力源として回転する。また、シリコンウェハ１は、キャリア３０によって研磨パッド２０に押し付けられる。
【００１８】
研磨パッド２０は、プラテン１０の上に固定されており、モーター（図示せず）を動力源として、プラテン１０と共に回転する。また、研磨パッド２０の表面には、スラリー供給ノズル２２から研磨スラリーが供給され、かつ、純水供給ノズル２４から純水が供給される。純水は、シリコンウェハ１及び研磨パッド２０の冷却液及び洗浄液として用いられる。
【００１９】
また、研磨パッド２０には、ダイヤモンド砥粒を有するコンディショナー４０が、必要に応じて擦接する。このとき、コンディショナー４０は研磨パッドの回転中心から縁まで径方向に往復移動する。これにより、研磨スラリー及び研磨くず等の異物が研磨パッド２０の表面全面から除去される。また、研磨パッド２０の表面全面に凹凸が形成されるため、研磨が効率よく行われるようになる。
【００２０】
なお、プラテン１０、キャリア３０、スラリー供給ノズル２２、純水供給ノズル２４、コンディショナー４０、キャリア３０を回転させるモーター（図示せず）、及びプラテン１０を回転させるモーター（図示せず）それぞれは、制御部５０によって制御される。
【００２１】
図２は、キャリア３０の構成を説明するための断面図である。略円板状のベース部材３１の下面は、周辺部を除いて少し窪んでいる。ベース部材３１の周辺部には、上下に可動なリテーナーリング３６が、ベース部材３１と同心となるように組みつけられている。リテーナーリング３６は、外径がベース部材３１の直径と略同じであり、内径がシリコンウェハ１の直径よりわすかに大きくなっている。
【００２２】
ベース部材３１の下面の窪んでいる部分には、メンブレン保持部材３４が、インナーチューブ３５を介して取り付けられている。メンブレン保持部材３４は略円板状の部材であり、その外径は、リテーナーリング３６の内径よりわずかに小さい。メンブレン保持部材３４の下面は縁が窪んでいるが、この窪み３４ａの側壁に、メンブレン３２の周辺部が固定されている。メンブレン３２とメンブレン保持部材３４の間の空間３２ａは気密になっており、この空間３２ａの内圧は可変になっている。また、インナーチューブ３５の内圧も可変になっている。
【００２３】
シリコンウェハ１を取り上げるとき、キャリア３０は、メンブレン３２をシリコンウェハ１に接触させた状態で、空間３２ａを減圧する。これにより、メンブレン３２の中央部に凹部が形成され、この凹部がシリコンウェハ１を吸着する。
また、シリコンウェハ１を研磨パッド２０に押し付けるとき、キャリア３０は、空間３２ａを加圧する。これにより、メンブレン３２がシリコンウェハ１を下方すなわち研磨パッド２０に押し付ける。
【００２４】
シリコンウェハ１の研磨パッド２０への押付圧は、空間３２ａの気圧によって主に調節されるが、インナーチューブ３５の内圧、及びリテーナーリング３６の研磨パッド２０への押付圧それぞれによっても、調節可能である。リテーナーリング３６によってシリコンウェハ１の研磨パッド２０への押付圧を上げる場合、リテーナーリング３６を研磨パッド２０に押し付ける。これにより、リテーナーリング３６の真下に位置する研磨パッド２０が周囲に押し出され、シリコンウェハ１の縁を上に押し上げる。
【００２５】
図３の各図は、シリコンウェハ１に形成されたタングステン層を研磨する方法を説明するための図である。タングステン層は、層間絶縁膜に形成された接続孔にタングステンプラグを埋め込むために形成されたものであり、図３に示す工程において、層間絶縁膜上に位置するタングステン層が除去される。なお、本図において、制御部５０は図示を省略している。
【００２６】
まず、図３（Ａ）に示すように、スラリー供給ノズル２２から研磨パッド２０に研磨スラリーを供給しつつ、シリコンウェハ１を研磨パッド２０に押し付け、シリコンウェハ１及び研磨パッド２０それぞれを回転させる。このとき、シリコンウェハ１及び研磨パッド２０それぞれの回転数は、例えば１１３ｒｐｍ及び１１０ｒｐｍである。また、メンブレン３２による押付力（ＭＤＦ）は、例えば３．０ｐｓｉであり、リテーナーリング３６による押付力（ＲＲＦ）は、例えば５．２ｐｓｉである。また、インナーチューブ３５による押付力（ＩＴＰ）は、例えば４．０ｐｓｉである。
これにより、タングステン層の化学的機械研磨が開始される。
【００２７】
研磨パッド２０に対するシリコンウェハ１の速度は、シリコンウェハ１の中心が最も遅く、縁に近づくにつれて速くなる。このため、摩擦熱の発生量に差が生じ、その結果、シリコンウェハ１の温度は、中心から縁に近づくにつれて温度が高くなり、研磨スラリーとタングステン層の化学反応速度は、シリコンウェハ１の中心から縁に近づくにつれて速くなる。これによって、タングステン層の研磨速度が、シリコンウェハ１の中心から縁に近づくにつれて速くなる。この傾向は、研磨時間が長くなるにつれて大きくなる。
【００２８】
次いで、図３（Ｂ）に示すように、研磨時間が一定時間（例えば３０秒〜５０秒の間）になると、研磨が中断され、第１の待機工程に入る。詳細には、スラリー供給ノズル２２からのスラリー供給が中断され、純水供給ノズルから純水が供給される。シリコンウェハ１及び研磨パッド２０それぞれは回転したままであるが、シリコンウェハ１と研磨パッド２０は、互いに離れない程度の力で互いに押し付けられている。
【００２９】
このとき、シリコンウェハ１及び研磨パッド２０それぞれの回転数は、例えばそれぞれ７０ｒｐｍである。また、メンブレン３２による押付力は、例えば０．５ｐｓｉであり、リテーナーリング３６による押付力は、例えば３．０ｐｓｉである。また、インナーチューブ３５による押付力は、例えば１０ｐｓｉである。
【００３０】
これにより、研磨パッド２０及びシリコンウェハ１が冷却され、温度の面内均一性が向上する。
また、研磨パッド２０に付着していた研磨スラリーや研磨くず等の異物が除去される。またシリコンウェハ１表面に付着していた異物も少し除去される。
【００３１】
第１の待機工程を一定時間（例えば１０秒間）行った後、図３（Ｃ）に示すように、第２の待機工程に入る。詳細には、シリコンウェハ１と研磨パッド２０の押付力が上がる。このときのメンブレン３２による押付力は、例えば１．５ｐｓｉである。また、リテーナーリング３６による押付力、及びインナーチューブ３５による押付力は、それぞれ３．０ｐｓｉ、１０ｐｓｉのままである。
【００３２】
これにより、シリコンウェハ１表面に付着していた異物が除去される。なお、研磨パッド２０に付着していた異物は予め除去されているため、シリコンウェハ１に傷がつくことが抑制される。
また、研磨パッド２０及びシリコンウェハ１が引き続き冷却され、温度の面内均一性がさらに向上する。
【００３３】
第２の待機工程を一定時間（例えば１０秒間）行った後、図３（Ｄ）に示すように、研磨が再開される。詳細には、純水供給ノズル２４からの純水供給が終了し、スラリー供給ノズル２２からのスラリー供給が再開される。シリコンウェハ１と研磨パッド２０は、再び研磨が進行するように、互いに強く押し付けられる。このときのシリコンウェハ１及び研磨パッド２０それぞれの回転数、研磨パッド２０に対するシリコンウェハ１の押付圧、及び研磨時間は、図３（Ａ）における研磨条件と同じである。
【００３４】
なお、図３（Ｂ）及び（Ｃ）に示した処理で、研磨パッド２０及びシリコンウェハ１の温度の面内均一性が向上している。このため、図３（Ａ）に示した研磨の終了時と比べて、タングステン層の研磨速度の面内均一性が向上する。
【００３５】
以上、第１の実施形態によれば、シリコンウェハ１に形成されたタングステン層を化学的機械研磨するに際し、研磨工程を２回に分割している。そして、第１の研磨工程と第２の研磨工程の間に、純水を用いた冷却・洗浄工程を設けている。このため、第２の研磨工程では、連続して研磨する場合と比べて、シリコンウェハ１及び研磨パッド２０それぞれの温度の面内均一性が向上する。従って、タングステン層の研磨量の面内均一性が向上する。このように冷却・洗浄工程を設ける効果は、タングステン層のトータルの研磨時間が長い場合（例えば５０秒以上）に特に顕著になる。
【００３６】
次に、第２の実施形態について説明する。本実施形態は、図１及び図２に示した研磨装置を用いて、シリコンウェハ１に形成された層間絶縁膜を化学的機械研磨する方法である。以下、第１の実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明する。
【００３７】
まず、スラリー供給ノズル２２から研磨パッド２０に研磨スラリーを供給しつつ、シリコンウェハ１を研磨パッド２０に押し付け、シリコンウェハ１及び研磨パッド２０それぞれを回転させる。
これにより、層間絶縁膜の化学的機械研磨が開始される。なお、層間絶縁膜の主成分は酸化シリコンであるため、物理的な研磨が支配的となる。
【００３８】
研磨が進行するにつれて、研磨スラリーの量の面内均一性が低下していく。詳細には、シリコンウェハ１の中心部は、周辺部と比較して研磨スラリーが少なくなっていく。このため、層間絶縁膜の研磨速度は、シリコンウェハ１の中心から縁に近づくにつれて速くなっていく。
【００３９】
その後、研磨時間が一定時間になると、第１の待機工程に入る。詳細には、スラリー供給ノズル２２からのスラリー供給が中断され、純水供給ノズルから純水が供給される。また、シリコンウェハ１及び研磨パッド２０それぞれは回転したままであるが、シリコンウェハ１と研磨パッド２０は、研磨時より弱い力（具体的には、互いに離れない程度の力）で互いに押し付けられている。
【００４０】
これにより、研磨パッド２０に付着していた研磨スラリー、及び研磨くず等の異物が除去され、シリコンウェハ１表面に付着していた研磨スラリー及び異物も少し除去される。また、研磨パッド２０及びシリコンウェハ１が冷却され、温度の面内均一性が向上する。
【００４１】
次いで、一定時間（例えば１０秒間）経過した後、第２の待機工程に入る。詳細には、シリコンウェハ１と研磨パッド２０の押付力を上げる。ただし、押付力が研磨時の押付力を超えないようにする。これにより、シリコンウェハ１表面に付着していた研磨スラリー及び異物が除去される。なお、研磨パッド２０に付着していた異物は予め除去されているため、シリコンウェハ１に傷がつくことが抑制される。また、研磨パッド２０及びシリコンウェハ１が引き続き冷却され、温度の面内均一性がさらに向上する。
【００４２】
次いで、一定時間（例えば１０秒間）経過した後、研磨が再開される。このときの研磨条件は、最初の研磨時の条件と同じである。第１及び第２の待機工程において、研磨パッド２０及びシリコンウェハ１から研磨スラリーが除去されており、その状態から研磨が再開される。従って、第１回目の研磨が終了した時と比べて、研磨スラリーの量の面内均一性が向上し、その結果、層間絶縁膜の研磨速度の面内均一性が向上する。
その後、所定の膜厚になるまで、層間絶縁膜を研磨する。
【００４３】
以上、本実施形態によれば、シリコンウェハ１に形成された層間絶縁膜を化学的機械研磨するに際し、研磨を２回に分割して行っている。そして、第１回目の研磨と第２回目の研磨の間に、純水を用いた洗浄・冷却工程を設けている。このため、連続して研磨する場合と比べて、シリコンウェハ１及び研磨パッド２０それぞれの研磨スラリーの量の面内均一性が高くなる。従って、層間絶縁膜の研磨量の面内均一性が高くなる。このように洗浄・冷却工程を設ける効果は、層間絶縁膜のトータルの研磨時間が長い場合（例えば６０秒以上）に特に顕著になる。
【００４４】
なお、洗浄・冷却工程において、コンディショナー４０を用いて研磨パッド２０を処理してもよい。このようにすると、さらに研磨パッド２０から研磨スラリーが除去されるため、層間絶縁膜の研磨量の面内均一性がさらに高くなる。
【００４５】
次に、第３の実施形態について説明する。本実施形態は、２台の研磨装置を用いて、シリコンウェハ１に形成された層間絶縁膜を化学的機械研磨する方法である。２台の研磨装置の構成は、図１及び図２に示した研磨装置の構成と同一である。以下、第１の実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明する。
【００４６】
まず、１台目の研磨装置を用いて、層間絶縁膜を荒研磨する。次いで、２台目の研磨装置を用いて層間絶縁膜を仕上げ研磨する。この仕上げ研磨において、第２の実施形態で示した方法により、層間絶縁膜を化学的機械研磨する。
本実施形態においても、第２の実施形態と同一の作用及び効果を得ることができる。なお、仕上げ研磨のみではなく荒研磨においても、第２の実施形態に示した方法により研磨を行ってもよい。
【００４７】
次に、第４の実施形態について説明する。本実施形態は、シリコンウェハ１に形成された溝に、素子分離膜を埋め込む方法である。
まず、図４（Ａ）に示すように、シリコンウェハ１上に、酸化シリコン膜１ａ及び窒化シリコン膜１ｂを、ＣＶＤ法を用いてこの順に形成する。次いで、窒化シリコン膜１ｂをパターニングし、開口部を形成する。次いで、窒化シリコン膜１ｂをマスクとして、酸化シリコン膜１ａ及びシリコンウェハ１をエッチングする。これにより、シリコンウェハ１には溝が形成される。次いで、この溝の中及びシリコンウェハ１上に、酸化シリコン膜２をＣＶＤ法により形成する。
【００４８】
次いで、図４（Ｂ）に示すように、研磨装置（図示せず）を用いて、酸化シリコン膜２を化学的機械研磨する。これにより、シリコンウェハ１上に位置する酸化シリコン膜２が除去される。ここで用いた研磨装置の構成は、第１の実施形態で説明した研磨装置に、酸化シリコン膜研磨の終点を検出する光反射式のセンサーを追加したものである。このセンサーは、反射光の強度の変化に基づいて、酸化シリコン膜２の除去が終了したことを検出する。
【００４９】
次いで、シリコンウェハ１及び研磨装置の研磨パッド２０の洗浄及び冷却を行う。この洗浄及び冷却方法は、第２の実施形態と同一である。また、この洗浄及び冷却工程において、コンディショナー４０を用いて研磨パッド２０を処理してもよい。
【００５０】
次いで、図４（Ｃ）に示すように、化学的機械研磨を再開し、窒化シリコン膜１ｂを薄くし、予め定められた厚さにする。これにより、シリコンウェハ１には、酸化シリコン膜２からなる素子分離膜が埋め込まれる。研磨装置の研磨パッド２０及びシリコンウェハ１は、洗浄及び冷却されているため、窒化シリコン膜１ｂの研磨量の面内均一性が向上する。
【００５１】
また、洗浄及び冷却が行われることにより、窒化シリコン膜１ｂの研磨速度が低下する。このため、研磨パッド２０及びシリコンウェハ１の回転量を変化させなくても、研磨時間を制御することで、窒化シリコン膜１ｂの残膜厚を精度良く制御することができる。
【００５２】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、上記した各実施形態において、研磨時間が更に長い場合、研磨工程を３回以上に分割し、それぞれの研磨工程の間で、第１及び第２の洗浄・冷却工程を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】第１の実施形態に係る研磨装置の構成を説明するための概略図。
【図２】キャリア３０の構成を説明するための断面図。
【図３】（Ａ）はタングステン層を研磨する方法を説明するための図、（Ｂ）は（Ａ）の次の工程を説明する為の図、（Ｃ）は（Ｂ）の次の工程を説明する為の図、（Ｄ）は（Ｃ）の次の工程を説明する為の図。
【図４】（Ａ）は第４の実施形態の素子分離膜を埋め込む方法を説明する為の図、（Ｂ）は（Ａ）の次の工程を説明する為の図、（Ｃ）は（Ｂ）の次の工程を説明する為の図。
【図５】被研磨層を化学的機械研磨する従来の工程を説明する図。
【符号の説明】
【００５４】
１，１００…シリコンウェハ、１ａ，２…酸化シリコン膜、１ｂ…窒化シリコン膜、１０，１１０…プラテン、２０，１２０…研磨パッド、２２，１２２…スラリー供給ノズル、２４…純水供給ノズル、３０，１３０…キャリア、３１…ベース部材、３２…メンブレン、３２ａ…空間、３４…メンブレン保持部材、３４ａ…窪み、３５…インナーチューブ、３６…リテーナーリング、４０…コンディショナー、５０…制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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